미적분Ⅱ여러 가지 미분법수능 기출심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

삼각형 넓이 비의 극한

문제

그림과 같이 중심이 O\mathrm{O}이고 길이가 22인 선분 AB\mathrm{AB}를 지름으로 하는 원 위의 점 P\mathrm{P}에서 선분 AB\mathrm{AB}에 내린 수선의 발을 Q\mathrm{Q}, 점 Q\mathrm{Q}에서 선분 OP\mathrm{OP}에 내린 수선의 발을 R\mathrm{R}, 점 O\mathrm{O}에서 선분 AP\mathrm{AP}에 내린 수선의 발을 S\mathrm{S}라 하자. PAQ=θ(0<θ<π4)\displaystyle \mathrm{\angle} PAQ = \theta \left( 0 < \theta < \frac{\pi}{4} \right)일 때, 삼각형 AOS\mathrm{AOS}의 넓이를 f(θ)f ( \theta ), 삼각형 PRQ\mathrm{PRQ}의 넓이를 g(θ)g ( \theta )라 하자. limθ+0θ2f(θ)g(θ)=qp\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow +0} \frac{\theta ^{2} f ( \theta )}{g ( \theta )} = \frac{q}{p}일 때, p2+q2p ^{2} + q ^{2}의 값을 구하시오. (단, ppqq는 서로소인 자연수이다.)

[4점]

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65

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해설

AOS\mathrm{\triangle} AOS에서 AS=cosθ,OS=sinθ\displaystyle \mathrm{\overline{AS}} = \cos \theta , \mathrm{\overline{OS}} = \sin \theta이므로 f(θ)=12sinθcosθ=14sin2θ\displaystyle f ( \theta ) = \frac{1}{2} \cdot \sin \theta \cdot \cos \theta = \frac{1}{4} \sin 2 \theta \cdots \text{㉠} OPQ\mathrm{\triangle} OPQ에서 POQ=2θ\mathrm{\angle} POQ = 2 \theta이므로 PQ=sin2θ\displaystyle \mathrm{\overline{PQ}} = \sin 2 \theta PQR\mathrm{\triangle} PQR에서 PR=sin22θ\displaystyle \mathrm{\overline{PR}} = \sin ^{2} 2 \theta, QR=sin2θcos2θ\displaystyle \mathrm{\overline{QR}} = \sin 2 \theta \cdot \cos 2 \theta이므로 g(θ)=12sin32θcos2θ\displaystyle g ( \theta ) = \frac{1}{2} \sin ^{3} 2 \theta \cdot \cos 2 \theta \cdots \text{㉡} ㉠, ㉡에서 limθ+0θ2f(θ)g(θ)=limθ+014θ2sin2θ12sin32θcos2θ\displaystyle \lim\limits _{\theta \rightarrow +0} \frac{\theta ^{2} f ( \theta )}{g ( \theta )} = \lim\limits _{\theta \rightarrow +0} \frac{\frac{1}{4} \cdot \theta ^{2} \cdot \sin 2 \theta}{\frac{1}{2} \cdot \sin ^{3} 2 \theta \cdot \cos 2 \theta} =limθ+012θ2sin22θ1cos2θ\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow +0} \frac{1}{2} \cdot \frac{\theta ^{2}}{\sin ^{2} 2 \theta} \cdot \frac{1}{\cos 2 \theta} =limθ+01214(2θ)2sin22θ1cos2θ\displaystyle = \lim\limits _{\theta \rightarrow +0} \frac{1}{2} \cdot \frac{1}{4} \cdot \frac{( 2 \theta ) ^{2}}{\sin ^{2} 2 \theta} \cdot \frac{1}{\cos 2 \theta} =18\displaystyle = \frac{1}{8} p2+q2=64+1=65\therefore p ^{2} + q ^{2} = 64 + 1 = 65

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